2012年（48）
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2012-01-13 09:03:29
原文地址：Linux2.6内核PCI驱动程序开发 作者：luozhiyong131
一， PCI相关数据结构说明
1.1 struct pci_driver
这个数据结构在文件/linux/pci.h里，这是Linux内核版本2.4之后为新型的PCI设备驱动程序所添加的，其中最主要的是用于识别设备的id_table结构，以及用于检测设备的函数probe( )和卸载设备的函数remove( )。
struct pci_driver {
struct list_head node;
char *name;
const struct pci_device_id *id_table;
int (*probe) (struct pci_dev *dev, const struct pci_device_id *id);
void (*remove) (struct pci_dev *dev);
int (*save_state) (struct pci_dev *dev, u32 state);
int (*suspend)(struct pci_dev *dev, u32 state);
int (*resume) (struct pci_dev *dev);
int (*enable_wake) (struct pci_dev *dev, u32 state, int enable);
};
为创建一个正确的struct pci_driver 结构, 只有4个字段需要被初始化:name,id_table,probe和remove。
其中id_table初始化可以用到宏PCI_DEVICE(VENDOR_ID,DEVICE_ID)，VENDOR_ID和DEVICE_ID分别为设备和厂商编号，由板卡生产厂家指定。
static const struct pci_device_id mypci[] =
{
{
PCI_DEVICE(VENDOR_ID,DEVICE_ID)
},
{}
};
1.2 pci_dev
这个数据结构也在文件include/linux/pci.h里，它详细描述了一个PCI设备几乎所有的硬件信息，包括厂商ID、设备ID、各种资源等。可以根据需要使用其中的数据成员。
struct pci_dev {
struct list_head global_list;
struct list_head bus_list;
struct pci_bus *bus;
struct pci_bus *subordinate;
void *sysdata;
struct proc_dir_entry *procent;
unsigned int devfn;
unsigned short vendor;
unsigned short device;
unsigned short subsystem_vendor;
unsigned short subsystem_device;
unsigned int class;
u8 hdr_type;
u8 rom_base_reg;
struct pci_driver *driver;
void *driver_data;
u64 dma_mask;
u32 current_state;
unsigned short vendor_compatible[DEVICE_COUNT_COMPATIBLE];
unsigned short device_compatible[DEVICE_COUNT_COMPATIBLE];
unsigned int irq;
struct resource resource[DEVICE_COUNT_RESOURCE];
struct resource dma_resource[DEVICE_COUNT_DMA];
struct resource irq_resource[DEVICE_COUNT_IRQ];
char name[80];
char slot_name[8];
int active;
int ro;
unsigned short regs;
int (*prepare)(struct pci_dev *dev);
int (*activate)(struct pci_dev *dev);
int (*deactivate)(struct pci_dev *dev);
};
二， PCI驱动基本框架
在用模块方式实现PCI设备驱动程序时，通常至少要实现以下几个部分：初始化设备模块、设备打开模块、数据读写和控制模块、中断处理模块、设备释放模块、设备卸载模块。下面给出一个典型的PCI设备驱动程序的基本框架。
/* 指明该驱动程序适用于哪一些PCI设备 */
static struct pci_device_id demo_pci_tbl [] __initdata = {
{PCI_VENDOR_ID_DEMO, PCI_DEVICE_ID_DEMO,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, DEMO},
{0,}
};
/* 对特定PCI设备进行描述的数据结构 */
struct demo_card {
unsigned int magic;
/* 使用链表保存所有同类的PCI设备 */
struct demo_card *next;
/* ... */
}
/* 中断处理模块 */
static void demo_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)
{
/* ... */
}
/* 设备模块信息 */
static struct pci_driver demo_pci_driver = {
name: demo_MODULE_NAME, /* 设备模块名称 */
id_table: demo_pci_tbl, /* 能够驱动的设备列表 */
probe: demo_probe, /* 查找并初始化设备 */
remove: demo_remove /* 卸载设备模块 */
/* ... */
};
static int __init demo_init_module (void)
{
pci_register_driver(&demo_pci_driver);
}
static void __exit demo_cleanup_module (void)
{
pci_unregister_driver(&demo_pci_driver);
}
/* 加载驱动程序模块入口 */
module_init(demo_init_module);
/* 卸载驱动程序模块入口 */
module_exit(demo_cleanup_module);
三， PCI设备操作实现
3.1设备初始化
在demo_init_module 中，用pci_register_driver( )函数来注册PCI设备的驱动程序，此时需要提供一个pci_driver结构，在该结构中给出的probe探测例程将负责完成对硬件的检测工作。
在probe函数中，需要实现以下几个功能：
（1）使能PCI
在 PCI 驱动的探测函数中, 在驱动可存取 PCI 设备的任何设备资源(I/O 区或者中断)之前, 驱动必须调用 pci_enable_device 函数:
int pci_enable_device(struct pci_dev *dev);
这个函数实际上使能设备. 它唤醒设备以及在某些情况下也分配它的中断线和 I/O 区. 例如, 这发生在 CardBus 设备上(它在驱动层次上已经完全和 PCI 等同了).
(2)请求PCI资源
在初始化中很重要的一个操作就是让系统为PCI分配资源，如I/O端口等。
pci_resource_regions(struct pci_dev *dev, char * name);
(3)存取配置空间
因为微处理器无法直接存取配置空间, 计算机供应商不得不提供一个方法来完成它. 为存取配置空间, CPU 必须写和读 PCI 控制器中的寄存器, 但是确切的实现是依赖于供应商的, 并且和这个讨论无关, 因为 Linux提供了一个标准接口来存取配置空间.
对于驱动, 配置空间可通过8-位, 16-位, 或者 32-位数据传输来存取. 相关的函数原型定义于
int pci_read_config_byte(struct pci_dev *dev, int where, u8 *val);
int pci_read_config_word(struct pci_dev *dev, int where, u16 *val);
int pci_read_config_dword(struct pci_dev *dev, int where, u32 *val);
从由 dev 所标识出的设备的配置空间读 1 个, 2 个或者 4 个字节. where 参数是从配置空间开始的字节偏移. 从配置空间取得的值通过 val 指针返回, 并且这个函数的返回值是一个错误码. word 和 dword 函数转换刚刚读的值从小端到处理器的本地字节序, 因此你不必处理字节序.
int pci_write_config_byte(struct pci_dev *dev, int where, u8 val);
int pci_write_config_word(struct pci_dev *dev, int where, u16 val);
int pci_write_config_dword(struct pci_dev *dev, int where, u32 val);
（4）映射 I/O 和内存空间
每个PCI可以有1-6个I/O或者内存空间，并且每块空间都有一个BAR寄存器与其空间首地址想对应。BAR0-6寄存器的最后一位为只读，为1则说明该空间为I/O，否则为MEM。
下面以BAR0为例介绍如何映射空间到虚拟内存，以便用户访问。
LocalAddr0 = pci_resource_start(dev,0); //得到BAR0区域的开始地址
Map0 = (unsigned char *)ioremap(LocalAddr0, pci_resource_len(dev,0)); //将BAR0区域影射到内存虚拟地址
如果ioremap函数出现问题，可以尝试ioport_map和pci_iomap。这样以后就可以针对Map0进行读写，而忽略具体硬件是I/O或是MEM的细节。
（5）注册中断
int request_irq( unsigned int irq,
irqreturn_t (*handler)(int, void *, struct pt_regs *),
unsigned long flags,
const char *dev_name,
void *dev_id);
从 request_irq 返回给请求函数的返回值或者是 0 指示成功, 或者是一个负的错误码, 如同平常. 函数返回 -EBUSY 来指示另一个驱动已经使用请求的中断线是不寻常的.
3.2数据读写
使用在初始化过程中影射后的虚拟内存地址（Map0）进行读写，并转换到用户空间，最后传给应用程序。可以使用以下读写函数：
unsigned int ioread8(void *addr);
unsigned int ioread16(void *addr);
unsigned int ioread32(void *addr);
这里, addr 应当是从 ioremap 获得的地址(也许与一个整型偏移); 返回值是从给定 I/O 内存读取的.有类似的一系列函数来写 I/O 内存:
void iowrite8(u8 value, void *addr);
void iowrite16(u16 value, void *addr);
void iowrite32(u32 value, void *addr);
你可以使用这些函数的重复版本，
void ioread8_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);
void ioread16_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);
void ioread32_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);
void iowrite8_rep(void *addr, const void *buf, unsigned long count);
void iowrite16_rep(void *addr, const void *buf, unsigned long count);
void iowrite32_rep(void *addr, const void *buf, unsigned long count);
这些函数读或写从给定的 buf 到 给定的 addr共count 次.
需要操作一块 I/O 地址, 你可使用下列之一:
void memset_io(void *addr, u8 value, unsigned int count);
void memcpy_fromio(void *dest, void *source, unsigned int count);
void memcpy_toio(void *dest, void *source, unsigned int count);
3.3中断处理
PC的中断资源比较有限，只有0~15的中断号，因此大部分外部设备都是以共享的形式申请中断号的。当中断发生的时候，中断处理程序首先负责对中断进行识别，然后再做进一步的处理。
irqreturn_t short_interrupt(int irq, void *dev, struct pt_regs *regs);
在该函数中实现中断服务，每次硬件检测到中断，都会调用该函数。
3.4释放设备
释放设备模块主要负责释放对设备的控制权，释放占用的内存和中断等，所做的事情正好与设备初始化相反。
在demo_cleanup_module中卸载PCI驱动：
pci_unregister_driver()
在pci_driver的remove中释放所请求的资源：
iounmap(Map0);
free_irq(int irq,pci_dev *dev)
pci_release_regions(pci_dev *dev)
3.5Makefile文件的编写
PWD = $(shell pwd)
KERNEL_SRC=/usr/src/linux
obj-m :=mypci.o
module_objs := mypci.o
all:
$(MAKE) –C $( KERNEL_SRC) M=$(PWD) modules
clean:
rm *.ro
rm *.o
